Una unidad de medida , o unidad de medida , es una magnitud definida de una cantidad , definida y adoptada por convención o por ley, que se utiliza como estándar para medir la misma clase de cantidad . [1] Cualquier otra cantidad de ese tipo puede expresarse como múltiplo de la unidad de medida. [2]
Por ejemplo, una longitud es una cantidad física . El metro (símbolo m) es una unidad de longitud que representa una longitud definida y predeterminada. Por ejemplo, cuando se hace referencia a "10 metros" (o 10 m), lo que en realidad se quiere decir es 10 veces la longitud predeterminada definida llamada "metro".
La definición, la concordancia y el uso práctico de las unidades de medida han desempeñado un papel crucial en el quehacer humano desde edades tempranas hasta el presente. Una multitud de sistemas de unidades solían ser muy comunes. Ahora existe un estándar global, el Sistema Internacional de Unidades (SI), la forma moderna del sistema métrico .
En el comercio, los pesos y medidas suelen ser objeto de regulación gubernamental para garantizar la equidad y la transparencia. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) tiene la tarea de garantizar la uniformidad mundial de las medidas y su trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades (SI).
La metrología es la ciencia que desarrolla unidades de medida aceptadas a nivel nacional e internacional.
En física y metrología, las unidades son estándares para medir cantidades físicas que necesitan definiciones claras para ser útiles. La reproducibilidad de los resultados experimentales es fundamental para el método científico . Un sistema estándar de unidades facilita esto. Los sistemas científicos de unidades son un refinamiento del concepto de pesos y medidas desarrollado históricamente con fines comerciales. [3]
La ciencia , la medicina y la ingeniería suelen utilizar unidades de medida más grandes y más pequeñas que las que se utilizan en la vida cotidiana. La selección juiciosa de las unidades de medida puede ayudar a los investigadores en la resolución de problemas (ver, por ejemplo, análisis dimensional ).
En las ciencias sociales , no existen unidades de medida estándar.
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una propiedad física, utilizada como factor para expresar cantidades presentes de esa propiedad. Las unidades de medida estuvieron entre las primeras herramientas inventadas por los humanos. Las sociedades primitivas necesitaban medidas rudimentarias para muchas tareas: construir viviendas de tamaño y forma adecuados, confeccionar ropa o intercambiar alimentos o materias primas.
Los primeros sistemas uniformes de medición conocidos parecen haber sido creados en algún momento del cuarto y tercer milenio a. C. entre los pueblos antiguos de Mesopotamia , Egipto y el valle del Indo , y quizás también también Elam en Persia .
Los pesos y medidas se mencionan en la Biblia (Levítico 19:35–36). Es un mandamiento ser honesto y tener medidas justas.
En la Carta Magna de 1215 (La Gran Carta) con el sello del rey Juan , presentada ante él por los barones de Inglaterra, el rey Juan acordó en la cláusula 35: "Habrá una medida de vino en todo nuestro reino, y una medida de cerveza y una medida de maíz, es decir, el cuarto de galón de Londres; y un ancho de telas teñidas y rojizas y de cota de malla, es decir, dos anas debajo del orillo..."
A partir del siglo XXI, el Sistema Internacional se utiliza predominantemente en el mundo. Existen otros sistemas de unidades que se utilizan en muchos lugares, como el Sistema Consuetudinario de los Estados Unidos y el Sistema Imperial. Estados Unidos es el único país industrializado que aún no se ha convertido, al menos en su mayor parte, al sistema métrico. [4] El esfuerzo sistemático por desarrollar un sistema de unidades universalmente aceptable se remonta a 1790, cuando la Asamblea Nacional francesa encargó a la Academia de Ciencias de Francia que elaborara dicho sistema de unidades. Este sistema fue el precursor del sistema métrico que se desarrolló rápidamente en Francia pero que no obtuvo aceptación universal hasta 1875, cuando 17 naciones firmaron el Tratado de la Convención Métrica. Tras la firma de este tratado, se estableció una Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). La CGPM produjo el actual SI, que fue adoptado en 1954 en la X Conferencia de Pesas y Medidas. Actualmente, Estados Unidos es una sociedad de sistema dual que utiliza tanto el SI como el sistema consuetudinario estadounidense. [5] [6]
El uso de una sola unidad de medida para alguna cantidad tiene inconvenientes obvios. Por ejemplo, no resulta práctico utilizar la misma unidad para la distancia entre dos ciudades y la longitud de una aguja. Así, históricamente se desarrollarían de forma independiente. Una forma de hacer que los números grandes o las fracciones pequeñas sean más fáciles de leer es utilizar prefijos de unidades .
Sin embargo, en algún momento puede surgir la necesidad de relacionar las dos unidades y, en consecuencia, la necesidad de elegir una unidad para definir a la otra o viceversa. Por ejemplo, una pulgada podría definirse en términos de un grano de cebada . Un sistema de medida es un conjunto de unidades de medida y reglas que las relacionan entre sí.
A medida que la ciencia avanzaba, surgió la necesidad de relacionar los sistemas de medida de diferentes cantidades, como la longitud, el peso y el volumen. El esfuerzo de intentar relacionar diferentes sistemas tradicionales entre sí expuso muchas inconsistencias y provocó el desarrollo de nuevas unidades y sistemas.
Los sistemas de unidades varían de un país a otro. Algunos de los diferentes sistemas incluyen los sistemas centímetro-gramo-segundo , pie-libra-segundo , metro-kilogramo-segundo y el Sistema Internacional de Unidades , SI. Entre los diferentes sistemas de unidades utilizados en el mundo, el más utilizado y aceptado internacionalmente es el SI. Las unidades básicas del SI son el segundo, metro, kilogramo, amperio, kelvin, mol y candela; todas las demás unidades SI se derivan de estas unidades básicas. [7] [8] : 132
Los sistemas de medida de uso moderno incluyen el sistema métrico , el sistema imperial y las unidades habituales de los Estados Unidos .
Históricamente, muchos de los sistemas de medición que se habían utilizado se basaban hasta cierto punto en las dimensiones del cuerpo humano. Tales unidades, que pueden denominarse unidades antrópicas , incluyen el codo , basado en la longitud del antebrazo; el ritmo , basado en la longitud de una zancada; y el pie y la mano . Como resultado, las unidades de medida podrían variar no sólo de un lugar a otro sino también de una persona a otra. Unidades no basadas en el cuerpo humano podrían basarse en la agricultura, como es el caso del estadio y el acre , ambos basados en la cantidad de tierra que puede ser trabajada por una yunta de bueyes .
Los sistemas métricos de unidades han evolucionado desde la adopción del sistema métrico original en Francia en 1791. El sistema métrico estándar internacional actual es el Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI). Una característica importante de los sistemas modernos es la estandarización . Cada unidad tiene un tamaño universalmente reconocido.
Tanto las unidades imperiales como las unidades tradicionales estadounidenses derivan de unidades inglesas anteriores . Las unidades imperiales se utilizaron principalmente en la Commonwealth británica y el antiguo Imperio Británico . Las unidades tradicionales estadounidenses siguen siendo el principal sistema de medición utilizado en los Estados Unidos fuera de la ciencia, la medicina, muchos sectores de la industria y algunos del gobierno y el ejército, y a pesar de que el Congreso autorizó legalmente la medida métrica el 28 de julio de 1866. [9] Algunas Se han dado pasos hacia la métrica estadounidense, particularmente la redefinición de las unidades imperiales y estadounidenses básicas para derivarlas exactamente de las unidades SI. Desde el acuerdo internacional de yardas y libras de 1959, la pulgada imperial y estadounidense se define ahora exactamente como0,0254 m , y la libra avoirdupois imperial y estadounidense ahora se define exactamente como0,453 592 37 kilos . [10]
Si bien los sistemas de unidades anteriores se basan en valores unitarios arbitrarios, formalizados como estándares, las unidades naturales en física se basan en principios físicos o se seleccionan para facilitar el trabajo con ecuaciones físicas. Por ejemplo, las unidades atómicas (au) se diseñaron para simplificar la ecuación de onda en física atómica . [11]
En las ciencias se pueden encontrar algunas unidades inusuales y no estándar . Estos pueden incluir la masa solar (2 × 10 30 kg ), el megatón (la energía liberada al detonar un millón de toneladas de trinitrotolueno , TNT) y el electronvoltio .
Para reducir la incidencia del fraude minorista, muchas leyes nacionales tienen definiciones estándar de pesos y medidas que pueden usarse (de ahí " medidas legales "), y éstas son verificadas por funcionarios legales. [ cita necesaria ]
En entornos informales, una cantidad puede describirse como múltiplos de la de una entidad familiar, lo que puede ser más fácil de contextualizar que un valor en un sistema de unidades formal. Por ejemplo, una publicación puede describir un área en un país extranjero como un número de múltiplos del área de una región local para los lectores. La propensión a utilizar con frecuencia ciertos conceptos puede dar lugar a "sistemas" de unidades vagamente definidos. [12] [13]
Para la mayoría de las cantidades, es necesaria una unidad para comunicar los valores de esa cantidad física. Por ejemplo, transmitir a alguien una longitud particular sin utilizar algún tipo de unidad es imposible, porque una longitud no se puede describir sin una referencia utilizada para dar sentido al valor dado.
Pero no todas las cantidades requieren una unidad propia. Usando leyes físicas, las unidades de cantidades se pueden expresar como combinaciones de unidades de otras cantidades. Por tanto, sólo se requiere un pequeño conjunto de unidades. Estas unidades se toman como unidades base y las demás unidades son unidades derivadas . Así, las unidades básicas son las unidades de cantidades que son independientes de otras cantidades y son las unidades de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, intensidad luminosa y cantidad de sustancia. Las unidades derivadas son las unidades de las cantidades que se derivan de las cantidades base y algunas de las unidades derivadas son las unidades de velocidad, trabajo, aceleración, energía, presión, etc. [7]
Los diferentes sistemas de unidades se basan en diferentes elecciones de un conjunto de unidades relacionadas, incluidas unidades fundamentales y derivadas.
Siguiendo la norma ISO 80000-1 , [14] cualquier valor o magnitud de una cantidad física se expresa como una comparación con una unidad de esa cantidad. El valor de una cantidad física Z se expresa como el producto de un valor numérico { Z } (un número puro) y una unidad [ Z ]:
Por ejemplo, sean "2 metros"; entonces, es el valor numérico y es la unidad. Por el contrario, el valor numérico expresado en una unidad arbitraria se puede obtener como:
Las unidades sólo se pueden sumar o restar si son del mismo tipo; sin embargo, las unidades siempre se pueden multiplicar o dividir, como solía explicar George Gamow . Sean "2 metros" y "3 segundos", luego
Hay ciertas reglas que se aplican a las unidades:
La conversión de unidades es la conversión de la unidad de medida en la que se expresa una cantidad , generalmente mediante un factor de conversión multiplicativo que cambia la unidad sin cambiar la cantidad. A menudo también se considera que esto incluye la sustitución de una cantidad por una cantidad correspondiente que describa la misma propiedad física.
La conversión de unidades suele ser más fácil dentro de un sistema métrico como el SI que en otros, debido a la coherencia del sistema y sus prefijos métricos que actúan como multiplicadores de potencia de 10.Un ejemplo de la importancia de las unidades acordadas es el fracaso del Mars Climate Orbiter de la NASA , que fue destruido accidentalmente en una misión a Marte en septiembre de 1999 en lugar de entrar en órbita debido a errores de comunicación sobre el valor de las fuerzas: diferentes programas informáticos utilizaron diferentes unidades de medición ( newton versus libra de fuerza ). Se desperdiciaron cantidades considerables de esfuerzo, tiempo y dinero. [15] [16]
El 15 de abril de 1999, el vuelo de carga 6316 de Korean Air de Shanghai a Seúl se perdió debido a que la tripulación confundió las instrucciones de la torre (en metros) y las lecturas del altímetro (en pies). Tres tripulantes y cinco personas en tierra murieron. Treinta y siete resultaron heridos. [17] [18]
En 1983, un Boeing 767 (que gracias a las habilidades de planeo de su piloto aterrizó de manera segura y pasó a ser conocido como Gimli Glider ) se quedó sin combustible en pleno vuelo debido a dos errores al calcular el suministro de combustible del primer avión de Air Canada que utilizó medidas métricas. [19] Este accidente fue el resultado tanto de la confusión debido al uso simultáneo de medidas métricas e imperiales como de la confusión de las medidas de masa y volumen.
Al planificar su viaje a través del Océano Atlántico en la década de 1480, Colón supuso erróneamente que la milla a la que se refiere la estimación árabe de 56+2/3millas para el tamaño de un grado era lo mismo que la milla italiana, mucho más corta, de 1.480 metros. Por lo tanto, su estimación del tamaño del grado y de la circunferencia de la Tierra era aproximadamente un 25% demasiado pequeña. [20] : 1 : 17
Air Canada dijo ayer que su avión Boeing 767 se quedó sin combustible en pleno vuelo la semana pasada debido a dos errores al calcular el suministro de combustible del primer avión de la aerolínea que utilizó medidas métricas. Después de que ambos motores perdieron su potencia, los pilotos realizaron lo que ahora se cree que es el primer aterrizaje de emergencia exitoso
de
un avión comercial.
Histórico
Legal
Información métrica
![{\displaystyle Z=\{Z\}\times [Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/def9bab2222172f53c7a8becf5e4185293817ff6)
![{\displaystyle [Z]=\mathrm {metro} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f6a8ec250d9a5d8cc852b7f4f0942e1753dbffd7)
![{\displaystyle \{Z\}=Z/[Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3f34ded144b10ed1870ed60970d3e48a6a968381)
![{\displaystyle 2\,\mathrm {metros} \times 3\,\mathrm {segundos} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {metros} \ veces \mathrm {segundos} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaad7f2e07c031f027c9064fad5a78e0b6fd7fe5)